酶是一类天然催化剂，具有人工催化剂无法比拟的高效率、特异性和选择性。然而，酶结构与功能的脆弱性、难以回收循环利用等缺点限制了其在细胞外的应用潜力。共价有机框架（COFs）具有周期连接的多孔网状结构和良好的生物安全性，被广泛应用于酶分子的固定化研究。这种类似“盔甲”功能的COFs骨架为客体酶分子提供了高度可渗透性的封闭隔室，为设计稳定、高活力的新型生物复合催化剂提供了重要的思路。原位组装策略，即在COF结晶过程中原位将酶分子封装于COFs骨架，是设计生物复合催化剂的重要策略。这种原位组装技术可将尺寸相对大的酶分子融合进小孔尺寸的COFs，有效避免客体酶分子的浸出问题，有利于大规模工业催化应用。尽管通过原位组装设计酶@COFs生物催化剂已取得系列的进展，但目前仍存在重要的挑战。这种要源于COFs苛刻的结晶环境与天然酶的结构脆弱性之间的矛盾。事实上，近期已有一些基于模板保护及乙酸作为催化剂的水相合成策略尝试用于原位设计酶@COF催化剂。然而，这些报道的策略都不可避免地使用了酶分子敏感的有机溶剂和/或高浓度质子酸，这大大降低了方法对于不同酶分子的可拓展性。同时，得到的酶@COF催化剂结晶度差，导致COFs的网状化学特性和功能大打折扣。

图1 酶@COF生物催化剂结构表征

图2 酶@COF生物催化剂的孔道筛分效应赋予脂肪酶非天然的水解选择性

图3 酶@COF自级联光-酶反应器用于降解污染物

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202319876

通讯作者介绍

  陈国胜，中山大学副教授，博士生导师，广东省杰出青年基金获得者。主要从事仿生功能纳米结构及生物分析研究，包括蛋白质@多孔晶体复合框架（探针）设计及界面化学研究、生物传感等方面的研究工作。目前已发表SCI论文80余篇，包括以第一/通讯作者身份在Chem. Soc. Rev.、Nat. Protoc.、Nat. Commun.（3）、Chem、 J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.（7）、Matter、CCS Chem.、JACS Au等期刊上发表SCI论文38篇。获2022年中国分析测试协会科学技术奖特等奖，入选“2023全球前2%顶尖科学家”榜单。